系统编程概述
操作系统的职责：
操作系统用来管理所有的资源，并将不同设备和不同程序关联起来
Linux 系统编程：
在Linux操作系统的环境下编程， 并使用该操作系统提供的系统调用及各种库， 对系统资源进行访问
系统调用概述
类 UNIX 系统的软件层次：
系统调用是 操作系统提供给用户程序的一组“ 特殊” 函数接口
用户程序可通过 该组接口获得 操作系统（ 内核） 提供的服务
例子：
用户可通过文件系统相关的系统调用， 请求系统打开文件、 关闭文件或读写文件
系统调用按功能逻辑：
进程控制、 进程间通信、文件系统控制、系统控制、内存管理、网络管理、socket 控制、用户管理
系统调用的返回值：
成功: 0
失败：负值
错误信息存放在全局变量 errno，可用 perror 函数打印出错信息
系统调用遵循的规范
在 Linux 中， 应用程序编程接口(API)遵循 POSIX 标准
POSIX 标准基于当时现有的 UNIX 实践和经验， 描述了 操作系统的系统调用编程接口（实际上就是 API）， 用
于保证应用程序可以在源代码一级上在多种操作系统上移植运行
如：
linux 下写的 open、 write 、 read 可以直接移植到 unix 操作系统下
系统调用 I/O 函数
系统调用中操作 I/O 的函数， 都是针对文件描述符
通过文件描述符可以直接对应的文件进行操作
如：
open、 close、 write 、 read、 ioctl
文件描述符
文件描述符是非负整数
打开现存文件或新建文件时，系统（内核） 会返回一个文件描述符
文件描述符用来指定 已打开的文件
// 程序运行后这三个文件描述符是默认打开
#define STDIN_FILENO 0 //标准输入的文件描述符
#define STDOUT_FILENO 1 //标准输出的文件描述符
#define STDERR_FILENO 2 //标准错误的文件描述符 open 函数
打开一个文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
// 文件存在
int open(const char *pathname, int flags);
/* 文件不存在
* pathname: 文件的路径及文件名
* flags：行为标志
* O_RDONLY 只读方式打开
* O_WRONLY 只写方式打开
* O_RDWR 可读可写方式打开
* 下列值 位或
* O_CREAT 文件不存在则创建文件，mode说明文件权限
* O_EXCL 指定O_CREAT，且文件已存在 则出错
* O_TRUNC 文件存在 清除文件内容
* O_APPEND 写文件，数据添加到文件末尾
* O_NONBLOCK 打开的文件是FIFO，字符文件，块文件，该选项为非堵塞标志位
* mode：文件权限(可读，可写，可执行)的设置
* 取值 八进制 含义
* S_IRWXU 700 文件所有者的读，写，可执行权限
* S_IRUSR 400 文件所有者的读权限
* S_IWUSR 200 文件所有者的写权限
* S_IXUSR 100 文件所有者的可执行权限
* S_IRWXG 70 文件所有者同组用户的读写可执行权限
* S_IRGRP 40 文件所有者同组用户的读权限
*
* return：成功：文件描述符 失败：-1，可用 perror 查看原因
*/
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); close 函数
关闭一个文件
#include <unistd.h>
/*
*fd:调用open打开文件返回的文件描述符
* return：成功：0 失败：-1 可用 perror 去查看原因
*/
int close(int fd); write 函数
指定数目的数据写到文件中
#include <unistd.h>
/*
* fd:文件描述符
* addr：数据首地址
* count: 写入数据的字节个数
* return：成功：写入字节个数 失败：-1
*/
ssize_t write(int fd, const void *addr, size_t count); read 函数
指定数目的数据读到内存
#include <unistd.h>
/*
* fd:文件描述符
* addr：内存首地址
* count：读取的字节个数
* return：成功：读取的字节个数 失败：-1
*/
ssize_t read(int fd, void *addr, size_t count); remove 库函数
删除文件
#include <stdio.h>
/*
* pathname: 文件路径+文件名
* return：成功：0 失败：-1
*/
int remove(const char * pathname); 例子：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
void test1();
void test2();
void test3();
int main(int argc, char *argv[])
{
test1();
test2();
test3();
return 0;
}
void test1()
{
char buf[32] = "";
read(0, buf, sizeof(buf));
write(1, buf, strlen(buf));
}
void test2()
{
int fd = 0;
char str[] = "hello file";
fd = open("./a.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, 0777);
if(-1 == fd)
{
perror("open");
return;
}
printf("fd = %d\n", fd);
write(fd, str, strlen(str));
close(fd);
}
void test3()
{
int fd = 0;
char buf[128] = "";
int len = 0;
fd = open("a.txt",O_RDONLY);
if(-1 == fd)
{
perror("open");
return;
}
len = read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("len = %d\n", len);
printf("buf = %s\n", buf);
close(fd);
} 打印：
系统调用与库函数
不需要调用系统调用
不需切换到内核空间 即可完成函数全部功能， 并且将结果反馈给应用程序
如 ：strcpy、 bzero 等字符串操作函数
需要调用系统调用
需要切换到内核空间， 这类函数通过封装系统调用去实现相应功能
如 printf、 fread 等
库函数与系统调用的关系
并不是所有的系统调用都被封装成了库函数， 系统提供的很多功能都必须通过系统调用才能实现
系统调用是需要时间， 程序中 频繁使用 系统调用会 降低程序的运行效率
当运行内核代码时， CPU 工作在内核态， 在系统调用发生前需要保存用户态的栈和内存环境， 然后转入内核
态工作
系统调用结束后，又要换回用户态切。 这种环境的切换会消耗掉许多时间
库函数访问文件的时候根据需要，设置不同类型的缓冲区， 从而减少了直接调用 IO 系统调用的次数， 提高了访问
效率
应用程序调用 printf 函数时， 函数执行的过程
实现 cp 命令
目标：
使用系统调用实现 cp 命令
原理：
用系统调用 open 打开文件， 使用 read 从文件读数据， 使用 write 向文件写数据
传给可执行程序的参数个数存放在 main 函数的 argc 中， 参数首地址存放在指针数组 argv 中
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const * argv[])
{
int srcFd = 0;
char fileName[64] = "";
int dstFd = 0;
char buf[128] = "";
int len = 0;
if(3 != argc)
{
printf("请按 ./a.out srcdst 传参\n");
return 0;
}
// 打开源文件
srcFd = open(argv[1], O_RDONLY);
if(-1 == srcFd)
{
perror("open");
return 0;
}
// 打开目的文件
sprintf(fileName, "%s/%s",argv[2],argv[1]);
dstFd = open(fileName, O_WRONLY | O_CREAT, 0777);
if(-1 == dstFd)
{
perror("open");
return 0;
}
while(1)
{
len = read(srcFd, buf, sizeof(buf));
if(len <= 0)
{
break;
}
write(dstFd, buf, len);
}
close(srcFd);
close(dstFd);
return 0;
}
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